1、1,第二章 液力變扭器,變扭器是自動變速器不可缺少的重要部分，它裝在發(fā)動機的飛輪上，其作用是將發(fā)動機的動力傳遞給自動變速器中的齒輪變速機構(gòu)，并具有一定的變速功能。變扭器是在耦合器的基礎上發(fā)展而來的，耦合器只是起到一種傳遞扭矩的“耦合”作用，變扭器則不但能傳遞扭矩并能改變傳遞扭矩的大小，即具有“變扭矩”的功能?，F(xiàn)代汽車采用的變扭器多為綜合式液力變扭器，綜合利用了液力耦合器和液力變矩器的特點，不但可以“變扭矩”，也可“耦合”，甚至具有“鎖定”功能，是輸出效率幾乎達到100%。,2,一、液力耦合器,1.結(jié)構(gòu) 泵輪:主動元件,剛性連接在外殼上，與曲軸一起旋轉(zhuǎn)。 渦輪:從動元件,連接在從動軸上。 循環(huán)圓

2、：泵輪與渦輪裝合后，其通過輸入軸或者輸出軸的斷面為環(huán)形。 2.原理 工作液體在離心力 的作用下，外端的動能 高于內(nèi)端的動能；因此 工作液在繞軸線作圓周 運動的同時，沿工作輪 葉片由內(nèi)部向外部流動。 其速度取決于曲軸的速 度和工作輪的半徑。,3,從能量轉(zhuǎn)化角度看，耦合器就是實現(xiàn) 機械能液能機械能 即當油液從泵輪葉片內(nèi)緣沖向外緣時，實現(xiàn)了將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化成工作油液的能量；當油液沖擊渦輪葉片并使渦輪旋轉(zhuǎn)時，渦輪就實現(xiàn)將液體的能量轉(zhuǎn)換為渦輪輸出軸上的機械能。 泵輪和渦輪封閉在一個整體內(nèi)，它的過程是： 泵輪內(nèi)緣泵輪外緣渦輪外緣渦輪內(nèi)緣泵輪內(nèi)緣 液體做循環(huán)運動是耦合器傳遞動力的必要條件。,4,3.特性

3、,1）耦合器的傳動原理 發(fā)動機的動能通過泵輪傳給液壓油，液壓油在循環(huán)流動的過程中又將動能傳給渦輪輸出。液壓油在流動過程中沒有受其他的任何外力，根據(jù)作用力與反作用力相等的原理，液壓油作用于渦輪上的扭矩與泵輪作用于液壓油上的扭矩大小相等。,5,2）耦合器的傳動效率 泵輪轉(zhuǎn)速-nB 渦輪轉(zhuǎn)速-nW 耦合器傳動比,6,由上述推導知，液力耦合器的傳動效率等于渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之比。 渦輪與泵輪的轉(zhuǎn)速差越大，傳動比越小，傳動效率也就越低；反之，渦輪與泵輪的轉(zhuǎn)速差越小，傳動比越大，傳動效率就越高。 液力耦合器由于在減速的同時不能增扭，而且在汽車低速時的傳動效率極低，目前采用液力耦合器的車型很少。但是它所具有

4、的高傳動比工況下有較高傳動效率的特性在綜合式液力變扭器中得到充分使用。,7,二、液力變矩器,（一）液力變矩器的構(gòu)造與工作原理 1.組成： 泵輪：主動 渦輪：從動輪 導輪：固定不動,8,9,10,2.工作原理： 設發(fā)動機轉(zhuǎn)速及負荷不變，即變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速nb及轉(zhuǎn)矩Mb為常數(shù)。 設泵輪、渦輪和導輪對液流的作用轉(zhuǎn)矩分別為Mb、Mw和Md。,11,1）Mw=Mb十Md nw、Md 、Mw 2）當nwnw1時， Md0， Mw=Mb 3）當nwnw1時， Mw=MbMd 4）當nwnb時， 不傳遞動力。,12,A.在汽車起步之前,13,B.在汽車起步之后 參照前圖知，汽車起步后與驅(qū)動輪相連接的渦輪開始轉(zhuǎn)

5、動，轉(zhuǎn)速隨汽車的加速不斷增加，液力變矩器的增扭作用隨之減少。并且車速愈高，渦輪轉(zhuǎn)速愈大，沖向?qū)л喌囊簤河头较蚺c導輪葉片的夾角愈小，液力變扭器的增扭作用也愈?。环粗?，車速愈低，液力變扭器的增扭作用就愈大。說明液力變扭器增扭值隨渦輪轉(zhuǎn)速的提高而減少。因此，與液力耦合器相比，液力變矩器在汽車低速行駛有較大的輸出扭矩，在汽車起步、上坡或遇到較大阻力時，能使驅(qū)動輪獲得較大的驅(qū)動力矩。,14,當渦輪轉(zhuǎn)速隨車速的加快而增大至某一數(shù)值時，沖向?qū)л喌囊簤河偷囊毫鹘^對速度UW的方向與導輪葉片之間的夾角為0，此時導輪不再受液壓油的沖擊作用，即vD=0，可知MW=MB,即液力變扭器失去增扭作用，輸出扭矩等于輸入扭矩。

6、這種情況下，液力變扭器相當于耦合器，進入耦合狀態(tài)。,15,C.渦輪轉(zhuǎn)速進一步增大 若渦輪轉(zhuǎn)速進一步增大，沖向?qū)л喌囊簤河徒^對速度的方向繼續(xù)向前斜，使液壓油沖擊在導論葉片的背面，導輪對液壓油的反作用力矩的方向相反，渦輪輸出的扭矩 液力變扭器輸出扭矩反而小于輸入扭矩，其傳動效率也隨之減少。,16,17,D.渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速相同時,當渦輪轉(zhuǎn)速增大至與泵輪轉(zhuǎn)速相同時，液壓油將停止做循環(huán)流動，渦輪所傳遞的扭矩為0，液力變扭器將失去傳遞動力的能力。 通過以上討論得出如下三點重要結(jié)論： （1）液力變扭器由泵輪、渦輪和導輪三個工作輪組成，他們是能量轉(zhuǎn)換、傳遞動力和改變扭矩必不可少的基本元件。其中： 泵輪-將

7、機械能轉(zhuǎn)換為液體能量； 渦輪-將液體能量轉(zhuǎn)換為渦輪軸上的機械能； 導輪-通過改變液流的方向而起變扭作用。,18,（2）與液力耦合器一樣，液體的循環(huán)運動是液力變扭器傳遞動力的必要條件。 （3）液力變扭器的傳動效率隨渦輪轉(zhuǎn)速的變化而變化。 1）當nW=0時，增扭矩最大，MW=MB+MD 。 2）當nW逐漸增大時，MW則逐漸減少。 3）當nW達到一定值時，MD=0，則MW=MB，此時液力變扭器轉(zhuǎn)化為液力耦合器。 4）當nW進一步增大時，渦輪出口處液流沖擊導輪葉片的背面， MW=MB-MD，液力變扭器輸出扭矩小于輸入扭矩。 5）當nW= nB時，MB=0，液力變扭器失去傳遞動力的功能。,19,3.特性

8、,（1）特性參數(shù) 1）轉(zhuǎn)速比iWB 渦輪轉(zhuǎn)速nW與泵輪轉(zhuǎn)速nB之比成為液力變扭器的轉(zhuǎn)動比， 2）變扭系數(shù)K 渦輪的輸出扭矩與泵輪上的輸入扭矩之比，稱為液力變扭器的變扭系數(shù)，或稱變扭比，,20,3）傳動效率 液力變扭器的傳動效率是渦輪軸輸出的功率PW與泵輪輸入的功率PB之比。 液力變扭器的傳動效率等于變扭系數(shù)與傳動比的乘積。,21,（2）特性曲線 1）外特性及外特性曲線 外特性是指泵輪轉(zhuǎn)速（扭矩）不變時，液力元件外特性參數(shù)與渦輪轉(zhuǎn)速的關系。 液力變扭器渦輪輸出的扭矩是隨渦輪的轉(zhuǎn)速而變化的，渦輪轉(zhuǎn)速愈小，輸出扭矩愈大，渦輪轉(zhuǎn)速增大，輸出扭矩減??；當渦輪轉(zhuǎn)速nW =0時，MW達到最大值，使汽車驅(qū)動輪

9、獲得最大的驅(qū)動扭矩，有利于汽車順利起步。同理，當汽車上坡或遇較大阻力時，車速降低，渦輪轉(zhuǎn)速下降，輸出扭矩增大，保證了汽車能克服較大的行駛阻力。當達到“耦合”點時，液力變扭器不再有“增扭”的作用，而成為耦合器；當車速再進一步增大，液力變扭器變成“減扭”器，即渦輪輸出的扭矩小于泵輪輸入的扭矩。,22,23,2）原始特性曲線 原始特性曲線是泵輪轉(zhuǎn)速不變時，變扭系數(shù)K和傳動效率 隨傳動比變化的規(guī)律曲線。 也稱為變扭特性曲線和效率特性曲線 ，所以液力變矩器的傳動效率 是隨而變化的拋物線。見下圖：當iWB=0 時，變扭系數(shù)K值最大，因渦輪未轉(zhuǎn)動，故傳動效率 =0；當iWB =1時，泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速相同，液

10、力變扭器已失去傳遞動力的能力，因此K=0, =0。,24,液力變扭器的效率在某一工況達到最大值，偏離該工況時效率下降，所以液力變矩器只有在一定傳動比范圍內(nèi)才具有較高的效率。一般iWB在0.6-0.8之間時，液力變矩器具有較高的傳動效率，在80%-86%之間。,25,三.綜合式液力變扭器,裝有自動變速器汽車上使用的變扭器都是綜合式液力變扭器。,26,1.基本結(jié)構(gòu),綜合式液力變扭器和液力變扭器的不同之處在于它的導輪不是完全固定不動的，而是套在同一個單向超越離合器上，單向超越離合器支承在固定于變速器殼體的導輪固定套上，由于單向超越離合器可以使導輪向順時針方向旋轉(zhuǎn)。但不能朝逆時針方向旋轉(zhuǎn)，因此，單向超

11、越離合器對導輪具有單向鎖止作用。,27,2.工作原理,當渦輪轉(zhuǎn)速較低時，從渦輪流出的液壓油從正面沖擊導輪葉片，此時液體對導輪施加一個逆時針方向旋轉(zhuǎn)的力矩，但由于單向超越離合器在逆時針方向具有鎖止作用，導輪鎖止不動。,28,此狀態(tài)與液力變扭器的工作特性相同，即起增大扭矩的作用（K1)。當渦輪轉(zhuǎn)速增大至某一數(shù)值時，液壓油對導輪的沖擊方向與導輪葉片之間的夾角為0，此時變扭系數(shù)K=1。如果渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大，使得液壓油沖擊導輪葉片的背面，對導輪產(chǎn)生一個順時針方向的扭矩，由于單向超越離合器在順時針方向可以自由轉(zhuǎn)動，因此，導輪在液壓油的沖擊下也朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。此時導輪對液壓油相當于沒有方作用力矩，MD =

12、0,液壓油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩的作用，因此該時變扭器不起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。這時渦輪轉(zhuǎn)速較高，變扭器處于高效率的工作范圍。,29,以上分析可知，綜合式液力變扭器既有變扭器工況，又有耦合器工況。兩種工況的分界點是以導輪空轉(zhuǎn)的工作點來區(qū)分的。因此將導輪開始空轉(zhuǎn)的工作點稱為耦合點。即渦輪轉(zhuǎn)速由0至耦合點的工作范圍內(nèi)按液力變扭器的工況工作，在渦輪轉(zhuǎn)速超過耦合點轉(zhuǎn)速之后案液力耦合器的工況工作。 因此綜合式液力變扭器利用了液力變扭器低速時具有的增扭特性，又利用了耦合器在高速時具有的高傳動效率特性。,30,綜合式液力變扭器有許多復雜的類型，這些類型可以用變扭器的元件數(shù)、級數(shù)和相數(shù)來

13、表示。 （1）變扭器的元件數(shù) 變扭器的元件數(shù)是指變扭器中泵輪、渦輪、導輪的總個數(shù)。 （2）變扭器的級數(shù) 變扭器的級數(shù)是指渦輪的列數(shù)。只有1列渦輪的稱為單級變扭器，有2列以上的稱為多級變扭器。 （3）變扭器的相數(shù) 變扭器在不同的工作范圍內(nèi)具有不同的工作特性，這種工作特性的個數(shù)稱為變扭器的相數(shù)。 例如，綜合式液力變扭器由于導輪中單向超越離合器的鎖止和滑轉(zhuǎn)而使該變扭器既有液力變扭器的特性，又有液力耦合器的工作特性，因此可稱為2相變扭器。 目前轎車自動變速器上使用的變扭器基本上都是3元件2相綜合式液力變扭器。,31,3.工作特性,綜合式液力變扭器既有變扭器的工況，又有液力耦合器的工況，綜合式液力變扭器

14、特性具有液力耦合器和液力變扭器綜合特性。,32,由圖可見，變扭器效率特性曲線 與耦合器效率特性曲線 相交于A點，此時傳動比 在該點上，變扭器效率 等于耦合器效率 ，并且K=1；傳動比 ,變扭器效率 大于耦合器效率 ，并且K1；當 ，變扭器效率 小于耦合器效率 ，并且K1。,33,綜合式變扭器在A點（耦合點）以前按液力變扭器特性工作，在A點之后按耦合器特性工作，在轉(zhuǎn)為耦合器工作時，高傳動比的效率可達96%，其效率特性為OA曲線。綜合式液力變扭器綜合了液力變扭器和液力耦合器的優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、又擴大了工作范圍。因而綜合式液力變扭器在高級轎車上應用極廣。,34,四.帶鎖止離合器的綜合式液力變

15、扭器,1.結(jié)構(gòu)及其原理 鎖止綜合式變扭器內(nèi)有一個有液壓油操縱的鎖止離合器，鎖止離合器的主動盤是變扭器的殼體，從動盤是一個可做軸向移動的壓盤，它通過花鍵與渦輪連接。壓盤背面的液壓油與變扭器泵輪、渦輪中的液壓油相通，保持一定的油壓；壓盤左側(cè)的液壓油通過變扭器輸出軸中間的控制油道與閥板總成上的鎖止控制閥相通。,35,當鎖止離合器處于分離狀態(tài)時：具有低速時增扭和高速時耦合兩種工作狀態(tài)。其動力傳遞路線是： 發(fā)動機變扭器殼泵輪渦輪渦輪輸出軸 當鎖止離合器處于結(jié)合狀態(tài)時，此時鎖止離合器壓盤壓緊在主動盤上，使得主動盤、泵輪、壓盤、渦輪被連鎖為一整體，變扭器失去液力傳遞的功能，所有的動力都由鎖止離合器傳遞（此時

16、鎖止離合器相當于手動變速器的離合器）。其動力傳遞路線是： 發(fā)動機變扭器殼鎖止離合器渦輪渦輪輸出軸,36,1-鎖止離合器壓盤；2-渦輪；3-變扭器殼；4-導輪；5-泵輪； 6-變扭器輸出軸；A-變扭器出油道；B、C-鎖止離合器控制油道,37,當鎖止離合器分離時，鎖止控制閥讓液壓油從油道B進入變扭器（見a圖），使壓盤兩側(cè)都保持有變扭器油壓力，此時壓盤與殼體分離，發(fā)動機由泵輪通過液壓油傳至渦輪。 當鎖止離合器接合時，鎖止控制閥讓液壓油從C油道進入變扭器環(huán)形空間，而輸出軸中間油道B作為泄油口，由于壓盤背面（右側(cè)）所受的油壓仍為變扭器油壓，所以壓盤在前后兩面壓力差的作用下貼緊在主動盤（殼體）上（見b圖），這時發(fā)動機輸入的動力完全經(jīng)鎖止離合器、渦輪直接輸出，傳動效率為100%。,38,2.工作特性 在iWB1;在 i1iWBi2區(qū)域，為耦合器